Dizelski sustavi ubrizgavanja. Dizajn, prednosti i nedostaci

Za razliku od benzinskih motora, dizelski motori su od početka imali ubrizgavanje goriva. Mijenjali su se samo sustavi ubrizgavanja, armature i tlak goriva koji se dovodi u cilindre.

Princip rada dizel motora, poznatiji kao dizelski motor, potpuno je drugačiji od benzinskog motora. U kamionima za gorivo mješavina goriva i zraka ulazi u komoru za izgaranje iznad klipa. Nakon kompresije, smjesa se zapali zbog proboja električne iskre na elektrodama svjećice. Zbog toga se benzinski motori nazivaju i motori s paljenjem svjećicom (SI).

U dizel motorima, klip u komori za izgaranje komprimira samo zrak, koji se pod utjecajem ogromnog tlaka (najmanje 40 bara - otuda i naziv "visoki tlak") zagrijava na temperaturu od 600-800 °C. Ubrizgavanje goriva u tako vrući zrak rezultira trenutnim samozapaljenjem goriva u komori za izgaranje. Iz tog razloga, dizelski pogonski agregati se također nazivaju motori s kompresijskim paljenjem (CI). Od početka su se opskrbljivali ubrizgavanjem goriva u komoru za izgaranje, a ne u usisnu granu koja samo doprema zrak u motor. Ovisno o tome je li komora za izgaranje bila podijeljena ili ne, dizelski motori su podijeljeni na pogonske jedinice s neizravnim ili izravnim ubrizgavanjem.

Neizravna injekcija

Diesel, iako je debitirao sa sustavom izravnog ubrizgavanja, nije se dugo koristio. Ovo rješenje izazvalo je previše problema i u automobilskoj industriji ga je zamijenilo neizravno ubrizgavanje patentirano 1909. godine. Izravno ubrizgavanje ostalo je u velikim stacionarnim i brodskim motorima, kao i u nekim kamionima. Dizajneri osobnih automobila preferirali su dizele s neizravnim ubrizgavanjem, s glatkijim radom i manje buke.

Pojam "indirektno" kod dizelskih motora znači nešto sasvim drugo nego kod benzinskih motora, gdje je indirektno ubrizgavanje ubrizgavanje mješavine zraka i goriva u usisnu granu. U dizelskim motorima s neizravnim ubrizgavanjem, kao iu izvedbama s izravnim ubrizgavanjem, gorivo raspršeno mlaznicom također ulazi u komoru za izgaranje. Samo što je podijeljen na dva dijela - pomoćni dio, u koji se ubrizgava gorivo, i glavni dio, tj. prostor neposredno iznad klipa u kojem se odvija glavni proces izgaranja goriva. Komore su međusobno povezane kanalom ili kanalima. Prema obliku i funkciji komore se dijele na preliminarne, vrtložne i zračne spremnike.

Potonji se ne mogu koristiti, jer je njihova proizvodnja praktički prestala. U slučaju predkomora i vrtložnih komora, mlaznica se postavlja uz pomoćnu komoru i u nju ubrizgava gorivo. Tamo dolazi do paljenja, zatim djelomično izgorjelo gorivo ulazi u glavnu komoru i tamo izgara. Dizelasti s predkomorom ili vrtložnom komorom rade glatko i mogu imati lagani sustav zakretanja. Nisu osjetljivi na kvalitetu goriva i mogu imati mlaznice jednostavnog dizajna. Međutim, oni su manje učinkoviti od dizelaša s izravnim ubrizgavanjem, troše više goriva i imaju problema s pokretanjem hladnog motora. Danas su dizelski motori s neizravnim ubrizgavanjem u osobnim automobilima stvar prošlosti i više se ne proizvode. Rijetko se nalaze u modernim automobilima na današnjem tržištu. Mogu se naći samo u dizajnu kao što su indijski Hindustan i Tata, ruski UAZ, starija generacija Mitsubishi Pajero koji se prodaje u Brazilu ili Volkswagen Polo koji se nudi u Argentini. Koriste se u puno većim količinama u aftermarket vozilima.

Izravna injekcija

S njim je sve počelo. Međutim, prednosti izravnog ubrizgavanja u početku nisu bile iskorištene. Važnost pravilnog vrtloženja goriva nije bila poznata i njegovo izgaranje nije bilo optimalno. Stvorile su se grudice goriva, što je pridonijelo stvaranju čađe. Procesi na klipu su išli prebrzo, motori su radili teško, brzo uništavajući ležaj radilice. Iz tog razloga, izravno ubrizgavanje je napušteno, preferirajući neizravno ubrizgavanje.

Povratak korijenima, ali u modernoj verziji, dogodio se tek 1987. godine, kada je Fiat Croma 1.9 TD ušao u masovnu proizvodnju. Izravno ubrizgavanje goriva zahtijeva učinkovitu opremu za ubrizgavanje, visok tlak ubrizgavanja, kvalitetno gorivo i vrlo jaku (i stoga tešku) radilicu. Međutim, osigurava visoku učinkovitost i lako pokretanje hladnog motora. Suvremena rješenja za dizelske motore s izravnim ubrizgavanjem temelje se uglavnom na potpuno ravnim glavama i klipovima s prikladno oblikovanim komorama (šupljinama). Komore su odgovorne za ispravnu turbulenciju goriva. Izravno ubrizgavanje danas se široko koristi u dizelskim motorima osobnih automobila.

Izravno ubrizgavanje - pumpa za ubrizgavanje

U tradicionalnim dizelskim motorima različite vrste pumpi su odgovorne za opskrbu gorivom. U pionirska vremena, ubrizgavanje goriva obavljalo se komprimiranim zrakom, a 20-ih to se radilo s redizajniranim uljnim pumpama. U 300-im godinama specijalne pumpe dizajnirane za dizelske motore već su bile naširoko korištene. U početku se temeljio na serijskim pumpama koje stvaraju nizak tlak (do 60 bara). Tek u 1000-ima pojavile su se učinkovitije crpke s aksijalnim razdjelnikom (preko 80 bara). Sredinom sedamdesetih dobili su mehaničku kontrolu ubrizgavanja, a sredinom osamdesetih dobili su elektroničku (BMW 524td, 1986.).

Pumpe-injektori koji su se koristili u kamionima već 30-ih godina bili su nešto drugačiji način ubrizgavanja goriva, naširoko ih je koristio u osobnim automobilima koncern Volkswagen, prvi put 1998. (Passat B5 1.9 TDI). Ukratko, injektor pumpe je injektor s vlastitom pumpom, koju pokreće bregasto vratilo. Dakle, cijeli proces tlačenja i ubrizgavanja u cilindar ograničen je na glavu cilindra. Sustav je vrlo kompaktan, nema vodova za gorivo koji povezuju pumpu s mlaznicama. Stoga nema pulsiranja mlaznice, što otežava regulaciju doze goriva i curenja. Budući da gorivo djelomično isparava u komori mlaznice jedinice, vrijeme ubrizgavanja može biti malo (lako pokretanje). Najvažniji je, međutim, vrlo visok tlak ubrizgavanja od 2000-2200 bara. Doza goriva u cilindru brzo se miješa sa zrakom i gori vrlo učinkovito.

Općenito, dizelski motor s pumpom za ubrizgavanje karakterizira visoka učinkovitost, niska potrošnja goriva, velika brzina i mogućnost dobivanja velike gustoće snage. Ali motor s jediničnim injektorom je skup za proizvodnju, uglavnom zbog složenosti glave cilindra. Njegov rad je težak i glasan. Kada se pogone jediničnim brizgaljkama, pojavljuju se i problemi s emisijom, što je uvelike pridonijelo VW-ovom odustajanju od ovog rješenja.

Izravno ubrizgavanje - Common Rail

Najvažniji element Common Rail sustava ubrizgavanja je "Common Rail", vrsta spremnika poznata i kao "akumulator goriva pod pritiskom", u koji pumpa pumpa dizel gorivo. U mlaznice ulazi ne izravno iz pumpe, već iz spremnika, uz održavanje istog tlaka za svaki cilindar.

Slikovito možemo reći da svaka od mlaznica ne čeka dio goriva iz pumpe, ali i dalje ima gorivo pod vrlo visokim tlakom. Električni impulsi koji pokreću mlaznice dovoljni su za dovod goriva u komore za izgaranje. Takav sustav omogućuje stvaranje višefaznih ubrizgavanja (čak 8 faza po ubrizgavanju), što dovodi do vrlo preciznog izgaranja goriva uz postupno povećanje tlaka. Vrlo visok tlak ubrizgavanja (1800 bara) omogućuje korištenje mlaznica s vrlo malim otvorima koji isporučuju gorivo gotovo u obliku magle.

Sve to nadopunjuje visoka učinkovitost motora, uglađen rad i niska razina buke (unatoč izravnom ubrizgavanju), dobra upravljivost i niska emisija ispušnih plinova. Međutim, common rail motori zahtijevaju najkvalitetnije gorivo i najbolje filtere. Onečišćenja u gorivu mogu uništiti mlaznice i uzrokovati štetu koja je izuzetno skupa za popravak.